基于意法半導體STM32G473和STDRIVE 101的電池供電BLDC/PMSM電動工具

STEVAL-PTOOL4A是一款緊湊型系統，專門用于控制面向手持式電池供電工具等應用的無刷直流馬達(BLDC) 或永磁同步馬達(PMSM)。

該系統擁有高達250 W的功率，可透過節氣門等標準輸入集來控制馬達的扭力/速度。

使用者可將此開發板連接到適當的21 V/250 W電動工具馬達上?？梢允褂蒙崞骰蚩諝庋h裝置來實現更好的功率耗散效果，從而提升設備的峰值功率。

此參考設計非常適合實現鉆孔機、磨床、圓盤切割機、圓鋸、吹葉機和手持式割草機等各種電動工具的高性能馬達控制。

由于尺寸小巧且具備充足的運算能力，該產品甚至能夠滿足無人機、輪椅、家用電器、電動自行車和機器人平臺等應用的要求。

STEVAL-PTOOL4A中包含了一款高效能的STM32G473CE MCU，其中整合的周邊裝置專門針對馬達控制應用進行了最佳化，可透過三半橋式閘極驅動器STDRIVE101來控制由六個高電流MOSFET組成的三相全橋轉換器。

此MCU具有多種ADC外設，因而能夠對電機相電流和反電動勢電壓進行同步取樣。

此開發板能夠利用MCSDK函式庫來提供六步驟算法或高效能FOC算法的可設定選項。

?場景應用圖

意法半導體

?展示板照片

意法半導體

意法半導體

?方案方塊圖

意法半導體

?核心技術優勢

? 可客制化且可配置的緊湊型參考設計 ? 獨立的ADC可透過分流器進行三相電流檢測 ? 透過馬達控制庫(MCSDK)、關聯GUI和解析器提供更廣泛的配置 ? 無感測器三分流或單分流向量磁場定向控制(FOC) 算法（預設） ? 適用于意法半導體高效能的STM32 ZeST（零速全扭矩）算法，可按需提供 ? 無感測器或有感測器的六步驟算法選項 ? 支持調節驅動動力學參數 ? 支援選擇開關頻率等工作參數 ? 其他標稱和故障條件的參數值，例如過電流閾值 ? 運轉扭力或速度模式 ? 提供包括過電流保護、欠壓鎖定和熱保護在內的全方位保護 ? 提供意法半導體開發板設計工具的設定范例，以及JSON文件 ? 豐富的連接和用戶控制選項

?方案規格

? 輸入電壓：12–28 V 直流電壓  （額定21 V,使用 L7987L 選購品最高可達 48 V） ? 輸出RMS電流高達20 A ? 專為 5S-6S 鋰聚合物電池組設計 ? 輸出功率：250W ? 開發板由以下關鍵裝置組成： ? STM32G473CET6：基于Arm?的高效能Cortex?-M4 32位元MCU+FPU，采用LQFP48 (7x7mm) 封裝。此MCU內嵌三角函數和算術函數數學加速器(CORDIC + FMAC)，以及用于馬達控制PWM和死區產生的定時器 ? STDRIVE101：內建穩壓器的三半橋式閘極驅動器，采用VFQFPN (4x4mm) 封裝 ? STL220N6F7：六個N通道60 V，0.0012 Ω（典型值），120 A，STripFET F7功率MOSFET，采用PowerFLAT 5x6封裝 ? L6981NDR：38 V，1.5 A同步降壓轉換器，采用PowerSO-8封裝 ? LDL112：具有反向電流保護的1.2 A低靜態電流LDO，采用SO8-batwing封裝 ? TSV912IQ2T：雙軌對軌輸入/輸出8 MHz運算放大器 ? BAT54KFILM：40 V，300 mA小訊號肖特基二極體（單品） ? BAT54SWFILM：40 V、300 mA小訊號肖特基二極體（系列） ? 2STR2160：低壓快速開關PNP功率電晶體 ? 2STR1160：低壓快速開關NPN功率電晶體 ? 2STR21STPS0560Z：60 V、0.25 A功率肖特基整流器 ? ESDALC6V1-1U2：用于ESD保護的單線低電容transil TM是一款高精度的500 mA穩壓器 ? 豐富的硬體特性可提供多個高效率的馬達控制選項 ? 3個用于反電動勢感測的ADC通道 ? 總線電壓檢測 ? 透過閘極驅動實現硬體過流保護 ? 溫度感應選項 ? 數位霍爾感測器或編碼器輸入選項 ? 散熱器安裝選項 ? 透過功能豐富的STM32馬達控制生態系統實現對永磁同步馬達(PMSM) 和無刷直流馬達(BLDC) 的控制 ? 用于調試/編程的串行線調試(SWD) 端口 ? 面向SPI、UART、CAN/I2C引腳的通訊接口 ? 用于按鈕和微調器的連接器，以及一個板載按鍵式開關 ? 故障、狀態LED以及用于照明的外部LED接口 ? 可透過子卡實現增強功能 ? 用于安裝MEMS感測器板或記憶體等子板的連接器 ? 透過更換DC-DC轉換器來擴大輸入電壓范圍的連接器 ? 開發板上的測試焊盤區域，用于監控重要訊號或調試的DAC輸出